[发明专利]一种新型全固态薄膜锂离子电池用正极的制备

说明书

技术领域

本发明属于电化学材料技术领域，具体为一种薄膜锂离子电池正极材料LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂及其制备方法。

背景技术

随着微电子技术的日益发展，如纳米机电系统，智能卡，植入式医疗设备和微型传感器等微电子器件日趋小型化和复杂化，对微型能源提出了迫切的需求. 而全固态薄膜锂离子电池就是适应这一要求而产生的一种新型的电池技术。 为了实现薄膜微电池的各种应用，发展具有高能量密度，良好的可逆性，稳定的工作电压以及高循环性能的薄膜锂离子电池势在必行。在目前薄膜锂离子电池全电池的设计中，正极薄膜主要使用LiCoO₂和LiMn₂O₄，电解质薄膜使用LiPON, 而负极薄膜主要使用金属Li膜。对于正极薄膜而言，制备高性能的LiCoO₂和LiMn₂O₄薄膜的技术已经相当的成熟。LiCoO₂和LiMn₂O₄的理论比容量分别为142 mAh/g (充电到4.2 V)和148 mAh/g，对金属锂的工作电压分别为3.9 V和4.1 V。 文献所报道的LiCoO₂和LiMn₂O₄正极薄膜的比容量最高可达到60~70 μAh/cm²/μm。 但是随着微电子技术的快速发展，越来越多的微电子器件对微电源的能量密度和功率密度提出更高的要求。而要进一步提高薄膜电池的能量密度，唯一的方法就是开发新型的具有高比容量和高工作电位的正极薄膜材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新的薄膜锂离子电池，其正极材料采用LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂薄膜，使用该正极材料可以显著提高薄膜锂离子电池的性能。

本发明提供的薄膜锂离子电池，其正极材料采用LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂薄膜，该薄膜由纳米粒子组成，粒子的尺寸为50~100纳米，粒子分布均匀。目前没有采用LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂薄膜作为锂离子电池正极材料的报道。

本发明发现LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂薄膜正极材料具有良好的电化学性能，可逆比容量高达180 mAh/g，远远高于LiCoO₂和LiMn₂O₄的理论比容量，且在50次循环后可逆容量依然有175 mAh/g，其具有良好的循环稳定性，因此， 其可以成为一种良好的锂电池正极材料。